Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное

 

Использование: изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для создания трехфазных источников питания. Сущность изобретения: преобразователь однофазного напряжения в трехфазное позволяет при помощи электромагнитного статического элемента с пятью обмотками получать от однофазной сети три симметричных выходных напряжения. В первичную цепь для этого дополнительно включен фазоповоротный элемент, осуществляющий фазовый сдвиг первичных токов на 60 электрических градусов. 4 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для создания трехфазных источников питания, предназначенных для управления электродвигателями переменного тока от однофазной сети.

Известен однофазно-трехфазный преобразователь напряжения /1/, в котором однофазным источником возбуждают магнитные потоки в первичных обмотках трансформаторов, затем создают противодействующий магнитный поток при помощи дополнительных вторичных обмоток и подключенных к ним конденсаторов, после чего суммируют основной и противодействующий магнитные потоки и снижают трехфазное напряжение с основных вторичных обмоток трансформаторов. При этом угол фазового сдвига между рабочими потоками изменяют путем последовательно-встречного включения вторичных дополнительных обмоток разных трансформаторов и изменением величины емкости конденсаторов.

Недостатком данного преобразователя является относительная сложность его реализации, нестабильность сдвига фазных напряжений под нагрузкой и большие массогабаритные показатели.

Известен также преобразователь однофазного тока в трехфазный /2/, содержащий два замкнутых магнитных сердечника, на каждом из которых размещено по две обмотки. Первичная цепь образована последовательным соединением двух обмоток каждого из магнитопроводов, а вторичная цепь образована последовательным соединением двух оставшихся обмоток через однофазный источник и общей точкой между первичными обмотками.

Наличие гальванической связи между входной и выходной цепью ухудшает стабильность фазовых соотношений в трехфазной цепи тока при изменении нагрузки.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей с одновременным увеличением стабильности фазовых сдвигов между выходными напряжениями.

Указанный технический результат достигается тем, что магнитные потоки сдвигаются при помощи фазоповоротного элемента, включенного между однофазным источником питания и одной из первичных обмоток.

Сопоставительный анализ предлагаемого преобразователя с прототипом показывает, что являемое техническое решение отличается от известного приемами изменения угла сдвига фаз между магнитными потоками. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому устройству соответствие критерию "существенные отличия".

Заявляемый преобразователь однофазного напряжения в трехфазное поясняется фигурой 1. На фигуре 2 приведена электрическая схема замещения первичной цепи, для которой на фигуре 3 построена векторная диаграмма токов, а на фигуре 4 показаны векторные диаграммы магнитных потоков и электродвижущихся сил (ЭДС), поясняющие принцип работы преобразователя.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное содержит два замкнутых магнитных сердечника 1, 2, на которых размещены первичные обмотки 3, 4 и вторичные обмотки 5, 6 и 7. Обмотка 7 охватывает одновременно оба магнитных сердечника. Первичная обмотка 3 соединена с однофазным источником питания через фазоповоротный элемент 8, а обмотка 4 непосредственно.

Преобразователь работает следующим образом.

При подключении первичных обмоток 3, 4 к однофазному источнику напряжения по ветвям электрической цепи (фиг. 2) начнут протекать токи I1, I2. Так как обмотки находятся на ферромагнитных сердечниках, то преобладающим будет индуктивное сопротивление. В соответствии с векторной диаграммой фиг. 3 в ветви с фазоповоротным элементом ток I1 имеет две составляющие: активную I1a и реактивную I1p, а в ветви без фазоповоротного элемента только одну реактивную I2. При разности токов и фазовом сдвиге между токами в 60 электрических градусов, соотношение индуктивных сопротивлений ωL₁:ωL₂= 2:1 ( ω - угловая частота), а активного сопротивления фазоповоротного элемента и последовательной обмотки Каждый из токов I1, I2 возбуждает в сердечниках 1 и 2 свои магнитные потоки Ф1 и Ф2 (фиг. 4), которые между собой будут сдвинуты на 60 градусов. В сердечниках, охваченных общей обмоткой 7, возникает результирующий магнитный поток Ф3, как геометрическая разность магнитных потоков Ф1 и Ф2. Магнитные потоки Ф1, Ф2 и Ф3 индуктируют в обмотках 5, 6, 7 соответствующие ЭДС Е1, Е2 и Е3 (фиг. 4). Для получения фазового сдвига ЭДС Е1, Е2 и Е3 в 120 град. достаточно изменить направление намотки витков вторичной обмотки 6 по отношению направления намотки в обмотках 5 и 7 или поменять местами конец с началом обмотки 6.

С увеличением нагрузки в трехфазной цепи уменьшается индуктивное сопротивление первичных обмоток. Поэтому необходимо для поддержания симметрии выходных напряжений уменьшить активное сопротивление фазоповоротного элемента 8, значение которого равно r₁= ωL₁/tgϕ (фиг. 3). Технически уменьшение активного сопротивления можно выполнить путем шунтирования части сопротивления.

При симметрии магнитных потоков Ф1, Ф2 и Ф3 число витков во вторичных обмотках 5, 6, 7 будет одинаковым. А так как трехфазный электродвигатель является симметричным потребителем, то симметрия фазных напряжений будет сохраняться под нагрузкой.

Таким образом, предложенное устройство обладает большей стабильностью фазовых сдвигов вторичных напряжений под нагрузкой.

Формула изобретения

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий фазоповоротный элемент, два магнитных сердечника, на каждом из которых размещено по одной первичной и одной вторичной обмотке, третью вторичную обмотку, охватывающую оба магнитных сердечника, отличающийся тем, что фазоповоротный элемент выполнен в виде секционного активного сопротивления, часть которого с увеличением нагрузки шунтируется, и включен между источником однофазного напряжения и первичной обмоткой, у которой индуктивное сопротивление в 2 раза больше, чем у второй первичной обмотки, подключенной к источнику однофазного напряжения непосредственно, кроме этого, соотношение между активным и индуктивным сопротивлениями неразветвленной электрической ветви с фазоповоротным элементом выполненного как р

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4